高層建筑混凝土結構的穩定設計分析

張淼

摘 要 隨著人口增長和建筑可使用土地面積減少，高層建筑已成為城市最普遍的建筑主體，高層建筑存在著不穩定性的缺點，在面臨地震等自然災害時會使其坍塌。因此，本文分析了影響高層建筑混凝土結構穩定的因素，通過驗算穩定性和抗傾覆、結構的平面設計等合理的結構設計方案提高高層建筑的安全性和穩定性。

關鍵詞 高層建筑;混凝土結構;穩定設計

引言

在當今的土木工程建筑行業，混凝土已經成為最常用的建筑材料，其具有來源廣泛、較高的可塑性和耐久性等諸多優點，但也存在著自重大、不穩定等缺點，解決混凝土結構設計的穩定性問題成為高層建筑施工的關鍵問題，混凝土結構的穩定性對整個高層建筑質量的好壞起到了決定性作用。

1影響高層建筑混凝土結構穩定的因素

第一，剪力墻設置不合理。隨著客戶對居住環境審美的提高，很多土木建筑公司進行高層建筑設計時不會按照國家規定的剪力墻設計要求，一味地追求剪力墻的設計美觀會造成高層建筑的穩定性降低，一些設計師會將剪力墻集中設計或在某一側不設計剪力墻，這些缺少剪力墻的設計不能保證高層建筑在受到外力影響時發揮剪力墻應有的的承重作用，如果不按照規定的剪力墻設計會導致降低剪力墻的承重效果，是高層建筑中存在的重大施工安全隱患。

第二，水平承受能力不強。為節省土地資源建設高層建筑，高層建筑與傳統建筑相比，高層建筑受到了更多的水平風力和地震波的影響，而高層建筑在施工過程中建設的梁架數量受到規定控制，如果建設過多的鋼筋梁架會影響到建筑的中心[1]。這些問題帶來了高層建筑受到的水平力增加、建筑梁架杠桿受力不平衡的問題，最終影響到高層建筑的水平力承受能力。

第三，地基承重能力變化。挖掘地基工作是高層建筑穩定性的決定性因素，混凝土穩定性設計基于地基的深度、橫截面積等因素，是整個高層建筑施工的重中之重，地基隨著時間的推移或受到自然災害的影響，會產生地基沉降。混凝土結構在地基之上由于混凝土存在自重大的特點，會直接影響到地基的沉降程度，如果混凝土設計安排不合理或是在施工過程中混凝土使用不均衡，會造成地基沉降不在同一水平面深度不均。另外，地下水也會影響到地基承重能力的變化，地下水的流量不均會影響到土壤的含水量，土壤的松軟程度不同會影響到地基的沉降不均衡，地基如果沉降現象嚴重會影響到地表的高層建筑發生傾斜等不良影響。

2高層建筑混凝土結構穩定設計要求

2.1 驗算穩定性和抗傾覆

專業技術人員在開展高層建筑混凝土結構穩定設計之前，應先進行對混凝土結構的穩定性和抗傾覆驗算，對高層建筑設計最關鍵的問題就是解決受力問題，高層建筑由于受到豎向荷載作用會對整體的穩定性產生影響，所以在進行混凝土穩定性設計時要考慮到風荷載、水平地震和重力效應等因素，通過合理的計算數據展開設計將其影響力控制在最小，避免由于結構不穩定造成高層建筑坍塌。在混凝土穩定性設計時，設計人員盡量保持混凝土結構計算簡圖要與實用計算方法所依據的簡圖相一致，通過數據和設計方式整體性的協調，才能保證得出的結果使得框架穩定計算與柱穩定計算相等，有利于設計人員更準確地驗算出混凝土設計結構的穩定性和抗傾覆性，縮小設計圖紙和實際施工的數據誤差。

2.2 設計抗震結構

我國不算是地震頻發的國家，但少數地區也存在地震的風險，因此進行高層建筑設計時，應在設計中融入抗震設計。設計人員加強對梁柱、承重墻的抗震能力計算，通過提高構件的抗剪承載力、強節點、強錨固等細節提高整體的抗震能力[2]。設計人員應對當地進行考察，分析歷史上發生過的地震頻率和震級大小，通過不同的地震等級進行抗震設防烈度、建筑物的高度和結構類型的設計調整。另外，地下室的存在也影響到設計人員對抗震能力的計算，當地下室采用嵌固端的構造方式時，整體的抗震設計應保持一致。

2.3 結構的豎向設計

在混凝土結構穩定性設計上分為豎向設計和平面設計，其中豎向設計更為重要。為保持高層建筑的整體美觀性，在豎向設計時基本不會出現內收和外挑結構，為加強高層建筑的整體穩定性，設計人員會采取豎直的設計，也是城市中高層建筑最常見的形狀，但為了提高穩定性，在挖建地基時會采取上小下大的形式，保證地基面積大于建筑物的橫截面，在高層建筑的頂層橫截面小于其他橫截面，這樣的設計能使從側面看結構平行，形狀不規則的高層建筑會影響其美觀性和穩定性，在設計時一定要避免發生這類問題，在豎向穩定性設計中，設計師可以采用一些外部輔助設計加強高層建筑的整體穩定性。

2.4 結構的平面設計

在高層建筑混凝土穩定性平面結構設計時，首先要考慮到風力和抗震因素，在平面設計時不能調整到高層建筑的形狀和結構，但可以將復雜的平面設計進行分類，在相對性狀規則的部分加入地震縫設計在內部起到抗震的作用，地震發生時會加強離心力，產生偏心因素，所以，設計人員應加強對水平位置的扭轉移動和層間位置移動的設計管理，在平面設計中盡量預防這類問題。

2.5 培養專業設計人員

高層建筑混凝土穩定性結構設計工作中，最重要的資源就是人才，優秀的設計人員制作的設計圖紙直接影響到土木工程建設結果的好壞。因此，土木建設行業應加強對人才的引進和管理，定期展開培訓，對設計人員的專業知識和實踐能力雙方面同時培養，提高設計人員對理論知識的掌握程度，通過設計經驗的積累和工作中現場實地的考察，促進設計人員將理論知識和實踐能力相結合，提高公司的整體設計水平。另外，在公司的人才引進方面，提高高素質高能力的設計人員的福利待遇，建立公平合理的獎懲機制，提高設計人員的工作和學習熱情，讓公司設計前輩帶領新招聘的設計員工，通過一帶一幫的方式，從而提高公司整體的設計水平。

3結束語

土木建設企業必須加強對高層建筑混凝土的穩定性重視程度和開展有效的管理控制。在高層建筑混凝土結構設計當中，專業設計人員通過驗算穩定性和抗傾覆性做到建筑物的穩定性設計，在施工過程中發現存在問題原因并解決問題，從而提高工程的施工質量和安全，促進我國高層建筑施工技術的發展。

參考文獻

[1] 周弦.高層建筑混凝土結構穩定設計分析[J].低碳世界，2019，9（3）：200-201.

[2] 黃希川，楊雷.高層建筑混凝土結構的穩定設計[J].住宅與房地產，2018（9）：95.